摘 要：火電廠煙氣實(shí)行超低排放改造以后，單一的脫硝系統(tǒng)已滿足不了日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)要求，這就需要我們不斷優(yōu)化脫硝系統(tǒng)，既保證環(huán)保參數(shù)的達(dá)標(biāo)排放，又能滿足機(jī)組長(zhǎng)期安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

引 言：隨著全國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量的下降，環(huán)保壓力與日俱增，國(guó)家環(huán)保部對(duì)火電廠的廢氣排放也提出了新的要求，因此在2015年新的環(huán)保法也規(guī)定了更為嚴(yán)格的煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)我們火電廠保證煙氣達(dá)標(biāo)排放提出了更高的要求，使脫硝系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行面臨著考驗(yàn)。

概述

早期火電廠煙氣脫硝一部分采用的是SCR脫硝尿素?zé)峤夤に?，從近幾年脫硝系統(tǒng)運(yùn)行方面，存在著許多問題，例如流經(jīng)電加熱器的熱一次風(fēng)含灰量大造成加熱管磨損、加熱器堵塞超溫、通流面積減小等故障;另外尿素噴槍運(yùn)行中調(diào)整維護(hù)不當(dāng)會(huì)造成熱解爐出口部位結(jié)晶堵塞，超低排放改造后此現(xiàn)象尤為嚴(yán)重;熱解系統(tǒng)尿素溶液主循環(huán)大部分沒有備用循環(huán)系統(tǒng)，大大降低了脫硝熱解系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。最初的脫硝熱解系統(tǒng)電加熱器電耗高，電加熱器運(yùn)行環(huán)境惡劣，可靠性差，嚴(yán)重威脅著脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，即便后來部分機(jī)組通過改造，通過用煙氣加熱器替代電加熱器等方法來提高系統(tǒng)可靠性，但由于受到煙氣溫度、流量不易控制、含灰量大、啟動(dòng)時(shí)加熱器出力受限等條件限制，改造的最終效果都不太理想。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的不斷重視，脫硝熱解系統(tǒng)的缺點(diǎn)日益突出，許多電廠為了保證脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，紛紛對(duì)原有的系統(tǒng)進(jìn)行了改造。如增加脫硝尿素直噴系統(tǒng)、增設(shè)備用脫硝設(shè)備及系統(tǒng)、使用脫硝水解等。

液氨脫硝系統(tǒng)雖然初投資相對(duì)較小，運(yùn)行成本較低，但是液氨作為重大危險(xiǎn)源，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，隨著國(guó)家和對(duì)安全性的重視日益提高，越來越多的脫硝系統(tǒng)仍選擇尿素作為還原劑的制備原料。

首陽山公司300MW機(jī)組自2016年超低排放改造時(shí)經(jīng)過論證，引入水解制氨工藝，和尿素?zé)峤庀到y(tǒng)互為備用，機(jī)組運(yùn)行時(shí)采用水解系統(tǒng)，熱解系統(tǒng)備用，當(dāng)水解系統(tǒng)有檢修工作或故障時(shí)投入熱解系統(tǒng)，保證在任何情況下，出口NOX都能達(dá)標(biāo)排放，增加了脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性、可靠性。

首陽山水解反應(yīng)區(qū)畫面

1 水解系統(tǒng)工藝概述

尿素顆粒由斗提機(jī)送入尿素溶解罐，用除鹽水進(jìn)行溶解，配置成濃度約50%，溫度40 ℃的尿素溶液，由尿素溶液輸送泵送入尿素溶液儲(chǔ)罐。尿素溶液由給料泵從尿素溶液儲(chǔ)罐輸送至水解器。在水解器中，控制一定的溫度壓力，尿素徹底水解變?yōu)榘睔夂投趸迹詺鈶B(tài)方式從水解器頂部輸出成品氨氣，向脫硝系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)輸送。

2 水解系統(tǒng)組成

尿素水解制氨系統(tǒng)主要由尿素存儲(chǔ)車間、斗式提升機(jī)、尿素溶解罐、尿素溶液輸送泵、尿素溶液儲(chǔ)罐、循環(huán)泵、水解器、水解器氣相及液相泄壓裝置、蒸汽減溫減壓裝置、儀用氣等設(shè)備組成。

3 主要系統(tǒng)作用和原理

3.1 水解系統(tǒng)

水解系統(tǒng)是尿素水解制氨系統(tǒng)的核心單元。尿素溶液經(jīng)過水解器加熱后，控制壓力0.55 MPa，溫度150 ℃的環(huán)境下，水解為氨蒸汽和二氧化碳。水解反應(yīng)生成的氨蒸汽、二氧化碳和水蒸氣一起稱為產(chǎn)品氣。

3.2 蒸汽減溫減壓系統(tǒng)

首陽山公司尿素水解制氨系統(tǒng)使用的汽源為電廠高壓輔助蒸汽，汽源壓力約1.2 MPa，溫度350 ℃。經(jīng)過減溫減壓裝置，得到壓力0.75MPa，溫度180 ℃的蒸汽，供水解系統(tǒng)使用。

3.3 水解器氣、液相泄壓系統(tǒng)

尿素水解器設(shè)置有氣、液相泄壓系統(tǒng)，用于事故狀態(tài)下水解器的泄壓，主要由氣、液相泄壓閥、氣相安全閥以及連接管道和廢液池，液相回流系統(tǒng)組成。水解器、安全門排放管道連接至廢液池液面以下，該系統(tǒng)在水解器異常狀態(tài)壓力超過定值時(shí)即時(shí)動(dòng)作，排放氨蒸氣及尿素溶液，保證水解器壓力不超限。

通過實(shí)際運(yùn)行情況表明，脫硝水解系統(tǒng)與原有熱解系統(tǒng)相比，凸顯出較為明顯的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

由于水解系統(tǒng)配置兩臺(tái)100%容量的水解器，即可互為備用、又能并列運(yùn)行，運(yùn)行方式較為靈活。首陽山公司正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)水解器并列運(yùn)行，避免了一臺(tái)水解器故障時(shí)，備用水解器冷啟時(shí)間長(zhǎng)帶來的脫硝系統(tǒng)供氨中斷風(fēng)險(xiǎn)。另外，兩臺(tái)水解器并列運(yùn)行，水解器內(nèi)氨氣儲(chǔ)備量增大，有效保證機(jī)組變工況時(shí)氨氣的及時(shí)供給，緩解了脫硝系統(tǒng)參數(shù)延時(shí)對(duì)機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度的影響。

水解器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部壓力保持0.5MPa左右，有一定的氨儲(chǔ)備量，經(jīng)過試驗(yàn)，當(dāng)水解器加熱汽源中斷20分鐘以內(nèi)，不會(huì)因供氨中斷引起NOX超排，極大提高了脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

水解器尿素溶液供給系統(tǒng)的短時(shí)停運(yùn)，也不會(huì)對(duì)水解器的運(yùn)行造成威脅，這一點(diǎn)也為水解系統(tǒng)的可靠性提供了有力保障。

尿素溶液在水解器中進(jìn)行加熱水解，氣液有效分離和氨氣清洗系統(tǒng)使得進(jìn)入噴氨格柵的氨氣更為純凈、均勻，有效解決了熱解噴槍霧化不好的問題。

采用水解制氨工藝，脫硝電耗明顯降低，由熱解工藝時(shí)的0.26%降至0.025%。下圖中是我公司2018、2019年同期脫硝電耗的對(duì)比：

水解制氨工藝自動(dòng)化投入率高，運(yùn)行人員的操作量減少。

事實(shí)證明，自從脫硝水解改造以后，機(jī)組沒有發(fā)生因脫硝系統(tǒng)故障，出口NOX超標(biāo)排放的事件。

任何事物都有兩面性，水解脫硝系統(tǒng)也并非完美，也有缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

設(shè)備初投資與熱解系統(tǒng)相比有所增大，由于水解器系統(tǒng)不銹鋼材料的大量應(yīng)用，加之系統(tǒng)較熱解復(fù)雜，控制邏輯和工藝也要求高，所以初投資相對(duì)較高。

廠用蒸汽消耗量大，由于水解器為表面式換熱器，加熱蒸汽凝結(jié)成水后進(jìn)入廢液池流失，增加了除鹽水的消耗，提高了機(jī)組補(bǔ)水率。雖說凝結(jié)水可以回收，但由于水解器有泄漏可能性，含氨溶液一旦進(jìn)入電廠未進(jìn)行特殊防腐處理的設(shè)備中，安全隱患極大，需加裝在線檢測(cè)儀表進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)后方可進(jìn)行回收利用。

尿素水解時(shí)會(huì)生成中間產(chǎn)物甲銨，甲銨具有很強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)使水解器及管路受到腐蝕，影響設(shè)備壽命，特別是在高溫狀態(tài)下尤為明顯，因此運(yùn)行中要嚴(yán)格控制水解器壓力和溫度。

采取的措施

機(jī)組超低排放改造后，出口NOX指標(biāo)由100mg/m3降為50mg/m3以下，噴氨量的增加，勢(shì)必會(huì)造成氨逃逸的升高，硫酸氫氨的腐蝕和積灰堵塞已漸漸制約了機(jī)組長(zhǎng)周期的安全運(yùn)行，根據(jù)近年來我公司機(jī)組脫硝運(yùn)行和其他廠的實(shí)際情況，總結(jié)了以下建議：

充分利用鍋爐低氮燃燒技術(shù)，降低鍋爐NOX的生成量，從源頭上減少噴氨量。

煙囪入口NOX指標(biāo)不要控制過低，在30-40mg/m3之間，既保證指標(biāo)不超限，又減少了氨逃逸。

嚴(yán)格執(zhí)行脫硝SCR吹灰制度，保證催化劑表面清潔、不積灰，避免催化劑活性異常下降。

機(jī)組檢修后進(jìn)行噴氨優(yōu)化試驗(yàn)，調(diào)整SCR內(nèi)部煙氣流場(chǎng)分布均勻，避免局部氨逃逸超限。下圖是我公司去年進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整前、后NH3逃逸濃度分布對(duì)比，NH3逃逸濃度大幅降低。

避免機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，定期申請(qǐng)加負(fù)荷，提升煙溫。

每次機(jī)組檢修后做SCR反應(yīng)器噴氨優(yōu)化試驗(yàn)，

根據(jù)空預(yù)器差壓定期對(duì)空預(yù)器進(jìn)行水沖洗。

通過提升單側(cè)空預(yù)器排煙溫度的方法使硫酸氫氨氣化，分解。

冬季空預(yù)器排煙溫度偏低時(shí)，及時(shí)投入熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)，提高一、二風(fēng)溫，必要時(shí)加裝暖風(fēng)器。

如果空預(yù)器堵塞嚴(yán)重，建議選用流通阻力較小、有效截面積大且易于清洗的蓄熱元件。

結(jié)束語

火電廠煙氣加裝SCR脫硝裝置后，尤其是執(zhí)行超低排放標(biāo)準(zhǔn)后，鍋爐煙道阻力增加、空預(yù)器積灰、堵塞等問題都在制約著機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此針對(duì)脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)的各類問題要采取對(duì)應(yīng)的措施，以降低SCR系統(tǒng)對(duì)鍋爐的不利影響，既保證污染物達(dá)標(biāo)排放，又能讓機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 

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